鋼鐵冶金粉塵的特點及處置技術(shù)分析

張臣臣

摘要：目前，我國的科技發(fā)展十分迅速，為研究冶金粉塵的組成特點和處置技術(shù)，文章分析了不同粉塵中的Fe、Ca和C等有價成分的組成特點和資源化利用技術(shù)。結(jié)果表明，含有重金屬和堿金屬的冶金粉塵在燒結(jié)利用的同時會對燒結(jié)煙氣污染物控制帶來負面影響，如何將這些雜質(zhì)組分從含雜質(zhì)冶金粉塵中有效分離至關(guān)重要。對于水溶堿金屬含量較高的冶金粉塵，可以采用水洗分離和析出氯化鉀技術(shù)，對于鋅等重金屬含量較高的冶金粉塵，可以采用火法除雜分離制備金屬化球團方式。

關(guān)鍵詞：冶金粉塵;細顆粒物;二噁英類物質(zhì);除雜技術(shù)

引言

超細鐵粉是一種基礎(chǔ)原材料中的新材料，其微觀顆粒細小而不同程度地表現(xiàn)出尺寸效應、量子效應、表面效應、界面效應等性能，因而在磁、電、光、熱和化學活性等方面都有傳統(tǒng)材料不具備的新特性，廣泛應用于電子工業(yè)、金屬注射成形（MIM）、金剛石工具、摩擦材料及高性能粉末冶金零件等領(lǐng)域。超細鐵粉的傳統(tǒng)制備方法主要有羰基熱解法、高壓氣體霧化法、超高壓水霧化法、等離子體霧化法、層流霧化法、電解法等，這些方法生產(chǎn)超細鐵粉存在工序多、流程長，產(chǎn)量、收率低，制造成本高等問題，因此刺激和推進了超細鐵粉制備方法的創(chuàng)新及在相關(guān)領(lǐng)域的應用研究。針對冶金含鐵粉塵原始顆粒細小、含鐵量高及其雜質(zhì)相存在狀態(tài)，經(jīng)過除雜提純后制備超細鐵粉，能縮短工序流程，降低產(chǎn)品的制造成本，同時為冶金含鐵粉塵的綜合利用拓展路徑，因此進行了冶金含鐵粉塵提純分離-還原工藝及獲得的超細鐵粉性能的探索試驗。

1冶金粉塵的產(chǎn)生和組成特性

隨著我國的綜合國力在不斷的加強，鋼鐵生產(chǎn)流程包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等生產(chǎn)工序，據(jù)統(tǒng)計，我國大型鋼企粉塵產(chǎn)出比例按工序分別為燒結(jié)工序粉塵占燒結(jié)礦的2%～4%，煉鐵工序粉塵約占鐵水的3%～4%，煉鋼工序粉塵約占鋼產(chǎn)量的3%～4%。冶金粉塵化學組成因原料狀況、工藝流程、設(shè)備配置差異等有所不同，表1為不同冶金粉塵的產(chǎn)出工序及對應的組成。由表1可知，不同工序冶金粉塵中均含有燒結(jié)配料所需的Fe、CaO和C等主要組成，但不同粉塵中的雜質(zhì)如重（堿）金屬組成含量相差較大，如燒結(jié)機頭除塵灰中的堿金屬K、Na含量較高，煉鐵工序除塵灰和電爐煉鋼工序除塵灰中重金屬Zn含量較高，這些雜質(zhì)的產(chǎn)生既和入爐物料原始化學組成有關(guān)，也與冶煉工藝參數(shù)緊密相關(guān)。從冶金粉塵的資源化應用途徑來看，可分為鋼鐵工序內(nèi)部利用、簡單加工回用和除雜加工利用等方式。其中又以燒結(jié)利用占有較大比例，直接燒結(jié)利用在一定程度上實現(xiàn)了粉塵有價組成的資源回收，但由于缺乏各類物料除雜過程，導致其在直接利用過程中影響鋼鐵的正常生產(chǎn)，如粉塵中的鋅元素將隨燒結(jié)礦進入高爐，在高爐內(nèi)揮發(fā)和循環(huán)富集，致使高爐結(jié)瘤，影響高爐正常生產(chǎn);粉塵中的鉀元素在燒結(jié)高溫過程中揮發(fā)再凝結(jié)將影響燒結(jié)電除塵效果，導致燒結(jié)電除塵不能達標，進而降低除塵效率，產(chǎn)生環(huán)保問題，或是在循環(huán)過程中進入高爐，引起高爐結(jié)瘤，惡化料柱透氣性，破壞焦炭強度，影響鐵水產(chǎn)量和高爐效率等。因此，冶金粉塵的資源化應基于粉塵的物理化學性質(zhì)出發(fā)，另外，隨著我國對燒結(jié)煙氣污染物排放的控制標準越來越嚴格，粉塵在燒結(jié)中利用也要考慮到對煙氣污染物控制是否會帶來負面影響，以此作為依據(jù)來分析其是否適用于燒結(jié)處理，進而選擇合適的資源化處理方式，將有助于促進粉塵資源綜合利用和環(huán)境保護雙重目的的實現(xiàn)。

2燒結(jié)煙氣污染物排放與冶金粉塵的關(guān)系

2.1化學成分

試驗制成的超細鐵粉的化學成分指標優(yōu)于現(xiàn)行的還原鐵粉標準GB/T 4136-94及YB/T 5308-2011中細鐵粉牌號FHY200的化學成分指標，其中全鐵含量較高，雜質(zhì)含量明顯降低，酸不溶物也得到降低，指標也優(yōu)于進口的某牌號羰基鐵粉的分析指標（TFe質(zhì)量分數(shù)為98.1%、C質(zhì)量分數(shù)為0.8%）。

2.2燒結(jié)性能

壓制成型條件為：采用5t/cm2×1min、6t/cm2×1min的參數(shù)單向壓制生坯，燒結(jié)條件為：t×2h，其中t的取值為750～950℃，在還原性氣氛下進行燒結(jié)。不同燒結(jié)條件下的樣品體積收縮率如圖6所示。由圖6可以看出：隨著燒結(jié)溫度的升高，生坯燒結(jié)體積收縮率增大;當燒結(jié)溫度超過900℃時，隨著燒結(jié)溫度的升高，生坯燒結(jié)體積收縮率趨于穩(wěn)定。說明超細鐵粉的燒結(jié)溫度在850～900℃左右，明顯低于常規(guī)鐵粉的燒結(jié)溫度（1 150℃）。

2.3壓制性能

隨著壓制壓力的增加，生坯密度不斷增大，壓制壓力超過6t/cm2后，其生坯密度仍在繼續(xù)增大，隨著進一步增大壓制強度，生坯密度增幅減緩。試驗中當壓制壓力超過3t/cm2時，物料就能成型，壓制壓力越大，生坯越致密，表面光潔度越好，這說明制備的超細鐵粉具有較好的壓制成型性能。

3冶金粉塵處置技術(shù)分析

3.1含Zn粉塵除雜技術(shù)

在我國快速發(fā)展的額過程中，煉鐵、煉鋼工序產(chǎn)生的粉塵含有Zn、Pb等重金屬，尤以重金屬Zn的含量較高，這些含重金屬雜質(zhì)粉塵如直接在燒結(jié)、高爐等工序中利用會對生產(chǎn)造成負面影響，含重金屬粉塵的除雜可以分為物理分離、濕法和火法工藝技術(shù)。以含Zn粉塵為例，物理分離方式效率較低，因此一般作為濕法技術(shù)或火法技術(shù)的預處理工藝;濕法工藝是利用氧化鋅不溶于水或乙醇可溶于酸、氫氧化鈉或氯化銨的特性，通過酸浸、堿浸以及氨聯(lián)合浸出將鋅從混合物中分離出來，由于需要大量水和藥劑，容易產(chǎn)生難處理泥漿，對設(shè)備磨損和腐蝕?；鸱üに囀窃诟邷剡€原條件下實現(xiàn)含鐵氧化物的金屬化還原，同時使含有的Zn、Pb等雜質(zhì)元素揮發(fā)，隨煙氣排出并進行收集。相對而言，火法成本略高，但資源化和除雜綜合效果最好。圖1為轉(zhuǎn)底爐技術(shù)的工藝流程，主要是將粉塵和煤粉進行混合造塊和干燥，然后送入環(huán)形轉(zhuǎn)底爐高溫金屬化，并輔以余熱回收和尾氣處置，其處置時間較短、產(chǎn)品性能多用途廣、過程環(huán)保控制較好，另外，由于粉塵本身含有一定碳組成，可以部分替代還原劑煤粉，因此其在冶金粉塵處置方面受到國內(nèi)外廣泛重視，在歐、美、日等發(fā)達國家應用較多自上世紀以來，我國科研院所、企業(yè)積極開展了轉(zhuǎn)底爐技術(shù)的自主研發(fā)和引進，在馬鋼、日鋼、沙鋼等多處建設(shè)轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，其中有大約一半左右用于處置冶金粉塵。

3.2含堿金屬粉塵除雜技術(shù)

燒結(jié)機頭電除塵灰中含有較多的可溶堿金屬氯化物，除可溶性氯化鉀和氯化鈉外，除塵灰中含有的其它相均難溶于水，因此可采用水溶分離、結(jié)晶提純技術(shù)，將可溶氯化物在水中分離，然后可以將分離后的不同物質(zhì)再分別進行利用。

結(jié)語

（1）鋼鐵冶金含鐵粉塵高達數(shù)千萬噸，是我國固廢資源利用的重要組成部分，不同工序的冶金粉塵組成差異較大，目前燒結(jié)回用處置仍是冶金粉塵利用的重要途徑。（2）燒結(jié)煙氣污染物控制已經(jīng)成為冶金環(huán)境保護的重要內(nèi)容，因此進行冶金粉塵資源循環(huán)利用的同時也要關(guān)注其對煙氣的影響，含有重（堿）金屬且粒度較細的配料對煙氣細顆粒物和二噁英類物質(zhì)的生成有促進作用。

參考文獻

[1]劉百臣，魏國，沈峰滿，等.鋼鐵廠塵泥資源化管理與利用[J].材料與冶金學報，2006，5（3）：231-237.

[2]佘雪峰，薛慶國，王靜松，等.鋼鐵廠含鋅粉塵綜合利用及相關(guān)處理工藝比較[J].煉鐵，2010，29（4）：56-62.

[3]岳昌盛，廖洪強，任中興，等.燒結(jié)機頭電場除塵灰的環(huán)保利用前景分析[J].第四屆寶鋼學術(shù)年會論文集，2010：190-195.

[4]李肇毅.寶鋼高爐的鋅危害及其抑制[J].寶鋼技術(shù)，2002（6）：18-21.